細胞の分子生物学 20章 がん 第1-2節

 担当：高沢

参加者：6名

【議論点】
複数の異常細胞から癌が発生する場合一個の異常細胞から癌が発生する場合とどのような違いがあるのか

１．がんの特徴

    ・ほとんどのがんは１個の異常細胞から発生する（p1093）

        例外はどんなものか→例えば複数の異常細胞

    ・細胞の成長と分裂に関する制御を無視して増殖

    ・ほかの細胞の領地に侵入して増殖

    ・がんの原因

　    機能獲得変異、機能欠損変異

    ・進行するにつれ細胞が不均一になる

２．複数の異常細胞からがんが発生したときに起こりそうなこと

    ・複数に由来するがん細胞が融合する（複数の細胞から新たな1個の細胞が生じる）

　    ↑ヒト細胞では受精以外で起こる例が無い

    ・共存する（1個に由来するときは不均一になることから）

３．複数の異常細胞に由来するがんが共存しそうな理由

    ・互いに干渉しない（直接攻撃などができない）

    ・選択圧がかからない（資源が尽きるまで競争に転じない）

４．複数の異常細胞に由来するがんが共存した場合

    バリエーション増加することによって進行が早まる可能性がある

５．複数の異常細胞からがんが発生するには何が必要か

    ・がんの進化には複数の制約を超える必要がある（p1119）

    ・制約を超えるのは基本的に1個の細胞

        各々が別の有利な機能を持ち協力する→複数の細胞が同時に制約を超える

        →複数の異常細胞からがんが生じる

    butそもそもがん細胞は協調できなくなった細胞

６．結論
複数の異常細胞からがんが発生するためには、協力関係などにより複数の細胞が同時に1つの制約を超える必要があると考えられる。しかし、がん細胞は協調できなくなった細胞であるため難しい。仮に複数の異常細胞からがんが生じた場合は共存し、バリエーションの増加につながると考えられる。

細胞の分子生物学 第18章 細胞死

 担当：小林駿平

参加者：6名

【議論点】
なぜ実行カスパーゼの活性化は開始カスパーゼを介して行われるのか

１．アポトーシスの過程

アポトーシス誘発シグナルにより、開始カスパーゼの二量体を形成

→プロテアーゼドメインを活性化させ、特定部位を切断する

→実行カスパーゼ二量体が活性化

→アポトーシスが起こる

２．開始カスパーゼの特徴、機能

・通常は活性のない水溶性単量体

・一つの開始カスパーゼが複数の実行カスパーゼを活性化（連鎖増幅）

３．実行カスパーゼしかない場合のメリットデメリット

メリット

・二段階だったものが一段階になるため、処理がはやくなる

デメリット

・シグナルが大量に必要になる（種類、量）

・局在性が生まれ、細胞内の移動に余計な時間がかかる

４．開始カスパーゼを介した二段階制御のメリット

・連鎖増幅により効率が上がっている

・二段階制御の方がミスが少ない

・抑制と活性の制御が簡単（細胞死の量の制御）

→一つの受容体で活性と抑制両方のシグナルを受け取り制御を行うよりも、

　別々の受容体で受け取り、後に情報を統合したほうが制御が容易

・異なる入力経路に対し、同じ実行カスパーゼを使える

→開始カスパーゼを介することで、内因性と外因性のアポトーシス両方に、

　１種類の実行カスパーゼが適用できるため効率的

５．結論
二段階制御の方が効率や制御の容易さなどの観点でメリットが大きいため、実行カスパーゼの活性化は開始カスパーゼを介していると考えられる。

News & Views How DNA and RNA subunits might have formed to make the first genetic alphabet

 担当：近藤

参加者：6名

【議論点】

本文の仮説が正しかった場合，RNAとDNAの両方のヌクレオチドを含む核酸分子はなぜ分離をしたのか

1. DNAとRNAの構造的なちがい
   ・糖が異なる
   ・塩基の違い（ATGC）と（AUGC）
   ・RNA1本鎖、DNAは2本鎖
   ・DNAは変異が少ない
   ・RNAは分解されやすい
   ・DNAは構造を作りにくい（安定）
   ・RNAは水素結合しやすい
2. DNAとRNAの機能的な違い
   ・DNA（2億5000万塩基対）RNA（数千塩基対）
   ・RNA1本鎖、DNAは2本鎖（lifespan）
   ・DNAは極性がない
   ・DNA情報の保持、RNA伝令、アダプター
3. RNAとDNAの両方のヌクレオチドを含む状態の定義 ・同じ分子内にDNA（情報保持）RNA（伝達）が両方の機能がある ・伝達と情報保持の区別はない伝達分子のみを分解する酵素はない →分解する場合、遺伝情報自体も両方分解 ・塩基対ができる→2本鎖になれる ・分子の状態で機能を区別できる
4. 核酸分子を分離したことによるメリット
   ・必要な部分のみを切り出せる（状態を区別できない場合） ・伝達分子のみを分解することができる（状態を区別できない場合） ・状態（複製と転写）の区別が簡単 ・遺伝情報の修復の際に（一本鎖になるから）状態の区別が難しい（状態で区別する際）
5. 結論
   RNAとDNAを分離した方がメリットが大きいため分離したと考えられる。

News & Views: A safe fix for alcohol-derived DNA damage

担当: 高橋宏

参加者: 6名

URL: https://www.nature.com/articles/d41586-020-00462-1

【議論点】

　容易にアポトーシスを選択することは危険なのか

1. アポトーシスのメリット・デメリット

　メリット

　・誤りはなさそう

　デメリット

　・リサイクルできない(エネルギー多)

　・限界が早く来そう(細胞分裂の回数に限界があるから)

2. リサイクルできない事により生じる問題点

　A.アポトーシスした細胞を作る必要がある

　B.アポトーシスされてしまうから

　C.アポトーシスの回数が増えるから

3. A,B,Cの詳細な問題点

　A.エネルギーが多く必要

　　→子供の数が減る

　B.役割を担う細胞が減る(多細胞生物)

　　→常に予備が必要になる

　　　予備を作るのにもエネルギーが必要

　C.アポトーシスが正常に機能しなくなる可能性が増える

　　→癌化の危険性が増える

　　　→アポトーシスの経路も複数必要になる

4. 細胞分裂の限界

　・細胞分裂し尽くして、なくなる機能がでてくる(予備もなくなる)

　・細胞分裂の回数を増やす必要がある

　　→ミューテーションが蓄積してしまう

5. 結論

機能の喪失や癌化の危険性が高まるので容易にアポトーシスを選択することは危険である。

Nature Podcast: Revealed: the impact of noise and light pollution on birds(Coronapod)

担当: 高橋和

参加者: 6名

URL: Revealed: the impact of noise and light pollution on birds

【議論点】
ワクチンの開発期間の長さはウイルスの特徴と関連があるのか

1. 新型コロナウイルスについて
・コロナウイルスの特徴: 

    年齢と基礎疾患が症状の重さに関係している，症状にばらつきがある
・HIVと比べるとゲノムサイズは約３倍大きい(1万:3万)

    →ゲノムサイズと開発期間の長さに関係はない
・ワクチンの開発期間:構想からFDAの認可まで
・ワクチンの開発は通常10~20年なのになぜこんなに早くできるのか

2. 開発の早い要因(ウイルス)

・構造的な要因

・変異率の低さ

・年齢が低いと症状が軽いので，治験がしやすい

・感染の特性(無症状でも拡散する)

3. 開発が早い要因(環境)

・需要に対しての開発競争がある

・(過去と比べて)解析技術の向上

　国からの支援

・規制の緩和

・副作用の賠償責任の減責(JP?)

・治験に対して，13億円程度の補助がある(UK)

4. 開発競争の要因

・期待される利益が大きい

・量が必要なため，2番手以降でも収益が出る

　→対象のウイルスの型が多いため

　→人種によって症状が異なる可能性があるため

・国益

・資金回収のしやすさ

・コマーシャル効果(技術力を比べる機会として)

5. 結論

開発期間とウイルスの特徴の直接的な関係は見られなかったが，環境的な要因でワクチンの開発が従来より早く進められている．

NATURE PODCAST Recoding the E.coli genome

担当：高沢

参加者：6名

【議論点】
コドンを再利用し、機能を追加できたらどのようなメリットデメリットが生じるか

１．コドン削減によって生物に生じる変化

    使用されるtRNAの種類が減る

２．人工的に追加される機能

    アミノ酸の種類を増やして新たなタンパク質をする

    →アミノ酸の合成に関しては遺伝子導入を行うか外部からの供給で補う

３．工業的な面でのメリットとデメリット

    メリット

        ・機能を追加して新たな物質の合成に利用できる

        ・競争能力を調整できる

            →自然界への流出を防いだり、環境を整えて大量に増やしたりすることが可能

    デメリット

        ・自然選択の圧力に弱い可能性がある

         （コドンを減らせるなら、すでに減っているはずである）

        ・増殖が遅い

４．機能を追加した生物視点でのメリットとデメリット

    メリット

        新たな機能にもよるが、一般的な環境におけるメリットは無いと考えられる

      （ただし、コドンの削減だけであれば、合成が速くなると考えられる）

    デメリット

        ・新たなアミノ酸や構造を持ったタンパク質は分解できないかもしれない

            →タンパク質の蓄積などが成長に悪影響を及ぼす可能性がある

５．結論

削減したコドンを利用した、新たなタンパク質の合成は、工業的に大きなメリットとなると考えられる。しかし、追加された生物にとっては、タンパク質を分解できないことなどによって、成長に悪影響が生じる可能性がある。

NATURE PODCAST The ethics of creating consciousness

 担当：小林駿平

参加者：6名

【議論点】
そもそも意識とは何か、一般的な定義と生物学的な定義に乖離が生じた場合どちらを優先すべきか

１．生物学的(専門的)意識の定義

　脳特有の電気的信号が見られるか

　構造、システム（内部）からの定義

　関連する学説

　・integrated information theory 

　　→どうぶつには意識あるがオルガノイドにはない

　 ・global workspace theory 

　　→前頭葉がないため意識がない

２．一般的、哲学的（非専門的）意識の定義

　自我や心

　第三者視点で見て行動を選択しているか←外からの見え方が重要

３. 一般的定義と生物学的定義に乖離が生じるか

・オルガノイド

　専門的→一定の水準に到達できれば意識ある

　一般的→意識を表現する手段がない→意識なし

・植物人間

　専門的→電気的信号が観測された→意識あり

　一般的→意思決定できない→意識なし

・ロボット(AIBO、ペッパー)

　専門的→意識なし

　一般的→感情あるように見える→意識と解釈

４．優先順位

一般的定義優先→大衆に受け入れられやすく、広まりやすい

専門的定義優先→広めるには法律を変えるくらいしないと難しいが、脳死など専門的定義が定着した例もある

５．結論

専門的定義では意識はあるが、一般的では意識のない場合の方が多いと考えられる。また優先順位に関しては、一般的定義が優先されることが多そうである。